Практическое занятие № 1. Определение массовой доли химических элементов в сложных веществах

4

Тема 1 «Основные понятия химии»

Учебная цель: уметь определять массовую долю веществ в сложных соединениях.

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения:

Обучающийся должен знать:

- основные понятия и законы химии.

Обучающийся должен уметь:

- различать простые и сложные вещества, знать формулы простых и сложных веществ, определять качественный и количественный состав веществ, массовую долю элемента в сложном веществе.

Задачи практического занятия:

1. Закрепить теоретические знания по основным понятиям химии.

2. Ответить на вопросы для закрепления теоретического материала.

3. Закрепить расчет массовой доли элемента в сложном веществе.

4. Закрепить нахождение простейшей формулы вещества, зная массовые доли элементов.

5. Ответить на вопросы для контроля.

Обеспеченность занятия:

1. Учебно-методическая литература:

• Габриелян О.С. Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник / О.С. Габриелян, И.Г. Остроумов.  М.: Академия, 2015.  256 с.

1. Справочная литература:

• Периодическая система химических элементов им. Д.И. Менделеева.

1. Тетрадь для практических и контрольных работ.

2. Калькулятор.

3. Ручка.

Краткие теоретические и учебно-методические материалы по теме практического занятия

1. Относительная молекулярная масса равна сумме всех относительных атомных масс элементов с учетом индекса элемента. Относительная молекулярная масса соединения величина безразмерная. Она показывает во сколько раз относительная молекулярная масса соединения больше 1/12 массы изотопа углерода-12.

2. Для вычисления относительной молекулярной массы необходимо суммировать относительные атомные массы элементов образующих соединение.

М_r = n₁ *А_r1 + n₂* A_r2 + n₃* A_r3 (1)

3. Зная относительные атомные массы элементов и число атомов, входящих в состав химического соединения, можно определить массовые соотношения этих элементов.

4. Массовая доля элемента в данном веществе () – отношение относительной атомной массы данного элемента, умноженной на число его атомов в молекуле к относительной молекулярной массе вещества:

(2)

где  – массовая доля элемента в веществе;

A_r– относительная атомная масса;

n– индекс в химической формуле;

M_r– относительная молекулярная масса вещества.

Массовые доли выражают в процентах или в долях:

 (элемента) = 20% или 0,2.

5. Молярная масса вещества (M) – масса, которую имеет 1 моль данного вещества.

Эта величина, равная отношению массы m вещества к количеству вещества ν, имеет размерность кг/моль или г/моль. Молярная масса, выраженная в г/моль, численно равна относительной молекулярной массе M_r (для веществ атомного строения – относительной атомной массе A_r).

Молярную массу вещества можно вычислить, если известны его масса m и количество (число молей) ν, по формуле:

(3)

Соответственно, зная массу и молярную массу вещества, можно рассчитать число его молей:

(4)

или найти массу вещества по числу молей и молярной массе:

m = ν • M (5)

Необходимо отметить, что значение молярной массы вещества определяется его качественным и количественным составом, т.е. зависит от M_r и A_r. Поэтому разные вещества при одинаковом количестве молей имеют различные массы m.

6. Задачи на вывод формулы вещества по данным химического анализа относится к группе задач, которые решаются по формулам.

Для решения задач данного типа необходимо знать массовые доли элементов, которые входят в состав соединения.

Также необходимо знать, что общее содержание веществ в соединении равно 100%. Поэтому иногда в условии задачи указывается содержание не всех элементов, с учетом того, что неизвестное содержание второго или третьего элемента всегда можно определить.

Вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию

1. Сформулируйте закон постоянства состава и закон сохранения массы вещества.

2. Кем и когда был сформулирован закон сохранения массы вещества?

3. Кем и когда был сформулирован закон постоянства состава?

Задания для практического занятия:

1. Решить предложенные задачи.

2. Правильно оформить их в тетрадь для практических и контрольных работ.

3. Ответить на вопросы для контроля.

4. Отчитаться о выполненной работе преподавателю.

Задание 1

Образец решения задания № 1

Вычислите массовую долю кислорода в ортофосфорной кислоте, имеющей простейшую химическую формулу H₃PO₄, с точностью до сотых.

Алгоритм решения

Дано: Ортофосфорная кислота H₃PO₄

Найти:  (О)  ?

Решение

1. Из Периодической таблицы Д.И. Менделеева выписываем значения относительных масс атомов элементов, входящих в состав ортофосфорной кислоты:

Ar(H) = 1 а.е.м., Ar(P) = 31 а.е.м., Ar(O) = 16 а.е.м

2. Записываем формулу расчета в общем виде Mr(H₃PO₄):

Mr(H₃PO₄) = n₁*Ar(H) + n₂*Ar(P) + n₃*Ar(O)

3. Подставляем значения относительных атомных масс элементов с учетом моль атомов в формулу расчета и вычисляем:

Mr(H₃PO₄) = 3·Ar(H) + Ar(P) + 4·Ar(O) = 3·1 + 31 + 4·16 = 98 а.е.м

4. Вычисляем массовую долю элементов по формуле (2):

(O) = n(O)·Ar(O)·100% / Mr(H₃PO₄) = 4·16·100% / 98 = 65,31%.

Ответ: (O) = 65,31%.

Задание 2

Образец решения задания № 2

Установите формулу вещества, которое состоит из углерода
( = 25%) и алюминия ( = 75%).

Алгоритм решения

Дано: (С) = 25% (0,25)

(Аl) = 75% (0,75).

Найти: Al_хC_у.

Решение

1. Из Периодической таблицы Д.И. Менделеева выписываем значения относительных масс атомов элементов Al, С:

Аr(Al) = 27, Аr(С) = 12

Значит, молярные массы веществ равны соответственно:

M(Al) = 27 г/моль, М(С) = 12 г/моль

2. Из условия задачи нам известно, что (С) = 25% (0,25) и (Аl) = 75% (0,75), значит в 100 г вещества содержится:

m(AI) = 75 г и m(C) = 25 г

3. Определим, сколько количества вещества содержится в 75 г алюминия: (Al) для этого воспользуемся формулой нахождения количества вещества:

(Al) = m(AI) / M(Al)

подставляем значения в формулу и рассчитываем:

(Al) = 75 г / 27 г/моль = 2,78 моль

4. Определим, сколько количества вещества содержится в 25 г углерода для этого воспользуемся формулой нахождения количества вещества:

(C) = m(C) / M(C)

подставляем значения в формулу и рассчитываем:

 (C) = 25 г / 12 г/моль = 2,08 моль  (C)

(AI) : (C) = 2,78 : 2,08

Получившийся результат выражается десятичными числами, поэтому необходимо привести результат к целым.

а) принимаем меньшее число условно за 1 и производим операцию деления большего числа на меньшее и получаем:

2,78 : 2,08 = 1,34 : 1

б) в результате деления снова получили десятичное число, следовательно, нужно искать получившийся результат последовательным делением меньшего числа на натуральные числа: 2, 3, 4, 5 и т.д., до тех пор, пока полученная при делении величина не будет укладываться в большем числе целое количество раз.

2,08 : 2 = 1,04 2,78 : 1,04 = 2,67 : 1

2,08 : 3 = 0,69 2,78 : 0,69 = 4 : 3

Следовательно, индексы x и y в формуле вещества Al_xC_y равны 4 и 3, соответственно.

Ответ: Al₄C₃ (карбид алюминия).

Вопросы для контроля

1. Как практически используются законы постоянства состава и сохранения массы вещества?

2. Что выражает химическая формула?

3. Что выражает простейшая химическая формула?

4. Что выражает молекулярная (истинная) химическая формула?

5. Что выражает химическое уравнение?

Форма контроля выполнения практического задания:

Выполненная работа представляется преподавателю в тетради для выполнения практических и контрольных работ по дисциплине «Химия».